长期不同施肥管理对小麦根际及内生微生物的影响机制

Fertilization is the main approach to maintain soil fertility and increase crop production. Fertilization can also affect belowground microbial community and then aboveground microbial community through plants. Meanwhile, belowground and aboveground microbial communities play important roles in plant growth and health. Based on a long-term experiment in Mengcheng, Anhui, we will collect rhizosphere soil, wheat leaves and roots samples under different fertilization managements to investigate the following contents using high-throughput sequencing and Geo-Chip technology: (1) microbial diversity, community structure and network interactions in different fertilization managements; (2) community structure and network interactions of microbial functional groups (e.g., nitrogen fixing microbes; mycorrhizal fungi) in rhizosphere soil; (3) the key endophytic species in wheat leaves and roots and the up-below ground microbial relationships. This research will illuminate the response of microbial communities in wheat rhizosphere, leaves and roots to different long-term fertilization managements, and will find out the relationships between below-ground and above-ground microbial communities. The project provides scientific basis for evaluating the ecological and environmental effects of different fertilization managements from the perspective of microbiology.

施肥是农业生产中提高土壤肥力、增加作物产量的主要途径，同时也会影响地下微生物群落，并以植物为媒介，间接影响地上微生物群落。植物根际微生物、根内微生物以及叶内微生物对植物的生长和健康都有重要的作用。本申请项目依托于安徽蒙城长期定位实验站，通过采集小麦根际土壤及植物根、叶片样品，利用高通量测序、基因芯片等技术，来研究：（1）长期不同施肥管理对小麦根际及其内生微生物多样性、群落组成的影响，并构建微生物相互关系网络；（2）不同施肥管理下功能微生物类群（包括固氮菌、菌根真菌等）的群落异同及相互关系网络；（3）进一步寻找小麦内生微生物的关键类群，探索内生微生物与根际微生物群落之间的相互关联，最终明确不同施肥管理下小麦根际与内生微生物的群落特征与演变规律，阐明地上-地下微生物群落之间的关联机制。该研究将为从微生物学角度评价不同施肥管理的生态环境效应提供科学依据。

施肥是农业培肥和作物增产的重要措施，长期施肥能够影响地下微生物群落，并以植物为媒介间接影响地上植物微生物群落。植物的生长、健康与根际微生物、根内微生物以及叶内微生物群落息息相关。研究长期施肥对植物根际、内生微生物群落稳定性、营养结构、碳氮等元素循环过程的影响对揭示农田土壤-植物-微生物的群落构建机制、演替规律及其生态功能潜力具有重要的科学意义。本研究依托安徽蒙城长期定位施肥试验站，通过原位实验与微宇宙13C同位素标记实验，结合高通量测序、宏基因组测序等现代分子生物学技术，研究了长期不同施肥管理对小麦根际土壤微生物群落、功能微生物群落、内生微生物多样性、群落结构和共存网络的影响机制，及其与作物产量的关联。研究结果表明长期不同施肥管理对小麦根际和根内细菌、真菌、丛枝菌根真菌以及根际光合碳代谢微生物群落与功能具有显著影响；揭示了根际关键微生物群落稳定性和多样性驱动土壤功能潜力和作物生产力的生态学机制；阐明了长期施肥降低根际对固氮微生物群落的选择性机制；明确了根际光合碳代谢相关微生物菌群植物光合碳代谢相关的微生物具有更高的最大潜在生长率，还具有更多与碳代谢、ATP结合蛋白、基础代谢酶、IAA和铁载体生物合成有关的基因；解析了根内微生物共存网络模块与小麦产量的关联机制。研究结果为从植物-微生物的互作关系角度评价不同施肥管理措施的生态环境效应提供了科学依据。